KR20120005611U

KR20120005611U - Ｄｐｆ가 적용된 집진장치

Info

Publication number: KR20120005611U
Application number: KR2020110000780U
Authority: KR
Inventors: 한현식; 이태우; 김은석; 안능균
Original assignee: 희성촉매 주식회사
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2012-08-06
Also published as: KR200465750Y1

Abstract

본 고안은 애쉬 성분이 다량 함유된 매연을 처리함에 있어 효율적인 집진장치를 제공하는 것이며, 통상의 모노리스필터를 사용하되, 상류지역에 폼 필터를 더욱 장착한 것으로, 폼 필터는 배기가스 유동성을 확보하기 위하여 모노리스필터를 중심으로 나선형 또는 상하 격리 반복적으로 장착된 것을 특징하며, 본 고안에 의한 집진장치는 애쉬 성분이 다량 함유된 배기가스를 2중으로 여과시켜 모노리스필터 부하를 줄일 수 있어 모노리스필터 수명을 연장할 수 있고, 2중 여과 장치를 이용하되, 나선형 또는 반복적 격리형 폼 필터를 사용함으로써 유입 및 배출 가스 간 무리한 압력 차이를 극복하여 집진장치를 유지 관리에 용이하다.

Description

ＤＰＦ가 적용된 집진장치{PM collector using DPF}

본 고안은 소각, 가열 등의 각종 조작으로부터 배출되는 배기가스 중에 함유된 미세입자를 집진하기 위한 장치에 관한 것이다. 상세하게는 본 고안은 배기가스에 애쉬(ash) 성분이 다량 포함된 미세입자가 함유하는 경우 특히 유효한 집진장치에 관한 것이다.

디젤엔진 매연여과장치로서 DPF (Diesel Particulate Filter)가 사용되고 있다. 디젤엔진 연소 과정에서 입자상태 물질을 포함한 매연이 다량 발생한다. 입자상물질 (PM)은 75%이상이 직경 1μm이하의 미세입자이기 때문에 기관지 등에 침투하여 장기간 잠재할 수 있으므로 이를 제거하기 위하여 매연여과장치가 적용된다. 다양한 필터들이 사용되나, 대표적인 예로 세라믹 모노리스필터(Ceramic Monolith Filter) 및 폼 필터(foam fileter)가 적용된다. 모노리스필터는 실린더 모양으로 단면은 원형, 타원형 등으로 내부에는 작은 삼각형이나 사각형 모양의 통로(channel)가 벌집모양(honeycomb)으로 배열되어 있다. 채널 입구와 출구가 교대로 막혀 있으며, 채널입구로 유입된 배기가스는 채널출구가 막혀있기 때문에 다공질 벽을 통과하여 이웃 채널 출구로 빠져나가게 되며 이때 입자상물질은 유입된 채널에 남아 포집된다. 포집된 PM은 가능하면 빠른 시간 내에 태워서 필터가 다시 PM을 포집할 수 있도록 하는 재생 과정을 거친다. 한편, 폼 필터는 니켈, 철 등의 금속 또는 이들을 기초로한 합금의 발포체로 이루어진 필터로서, 유기 다공체의 표면에 금속물질을 증착시켜 전도성 다공체 제조 후 전기도금액을 통과시켜 금속을 도금한 후 열처리하여 유기성분을 제거하고, 금속을 다공체로 성형하여 제조하는 금속 발포체 형상을 가진다. 필요에 따라 이후 금속 분말 코팅 및 열처리하여 표면 조도(surface roughness)를 높이면 촉매 등을 코팅할 수 있는 금속 다공체가 제조된다.

그러나 선박용 보일러의 경우와 같이 입자상물질 중에 소각 재생되지 않는 애쉬(ash) 성분이 다량 포함되는 경우 통상의 DPF (이하, 모노리스필터 또는 폼 필터) 만으로는 배기가스에 포함된 매연을 처리하기 곤란한 문제점이 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 전기집진장치 및 여과 집진기 등이 고안되었으나, 전기집진장치는 입자상 물질 이온화를 위한 전기설비가 필요하며, 여과 집진기의 경우 사용되는 백(bag) 내구성이 약하여 적용 온도 및 사용시간에 제한이 있었다.

본 고안은 애쉬 성분이 다량 함유된 매연을 처리함에 있어 효율적인 장치를 제공하는 것이다. 본 고안에 의한 집진장치는 통상의 모노리스필터를 사용하되, 상류지역에 폼 필터를 더욱 장착한 것으로, 폼 필터는 배기가스 유동성을 확보하기 위하여 DPF를 중심으로 나선형 또는 상하 격리 반복적으로 장착된 것을 특징으로 한다.

본 고안에 의한 집진장치는 배기가스 유입구를 가지는 원통형 외부 케이스 및 이에 내장된 원통형 내부 케이스로 구성된다. 내부케이스 내부에는 하나 이상의 모노리스필터가 길이방향을 따라 병렬 배치되고, 내부케이스 후단에는 배기가스 배출통로가 형성되되, 원통형 내부케이스 외주에는 길이방향을 따라 나선형으로 장착된 폼 필터로 구성된다. 이때, 나선형 폼 필터는 내부케이스 외주를 따라 전단에서 하단까지 장착될 수 있다. 본 고안에 의한 다른 형태의 집진장치로는, 폼 필터에 있어서 차별되며, 폼 필터는 나선형이 아닌, 원통형 내부케이스 외주가 안착되도록 안장(saddle) 형태를 가지며 외부케이스 내면에 일단이 장착되고 타단은 대향 외부 케이스 내면과 이격되도록 설치된다.

기타 본 고안에 의한 특징으로는, 제한적이지 않지만, 외부케이스 일면에는 미세입자 취출공간이 더욱 설치되며, 모노리스필터 후단 지점에는 압축공기를 제공할 수 있는 다수개의 송풍단을 구비한 송풍수단이 더욱 제공되며, 마지막으로 배출통로 일측 및 배기가스 유입구 일측에 감지단들을 가지는 배압센서가 더욱 설치될 수 있다.

본 고안에 의한 집진장치는 애쉬 성분이 다량 함유된 배기가스를 2중으로 여과시켜 모노리스필터 부하 로드를 줄일 수 있어 모노리스필터 수명을 연장할 수 있고, 2중 여과 장치를 이용하되, 나선형 또는 반복적 격리형 폼 필터를 사용함으로써 유입 및 배출 가스 간 무리한 압력 차이를 극복하여 집진장치를 유지 관리에 용이하다.

도 1은 본 고안의 실시예 1에 따른 집진장치의 개략 측단면도이다.
도 2는 실시예 1의 개략 정단면도이다.
도 3은 본 고안의 실시예 2에 따른 집진장치의 개략 측단면도 이다.
도 4는 실시예 2의 개략 정단면도이다.

본 고안에 있어서, 매연여과장치인 DPF는 모노리스필터 및 폼 필터를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 모노리스필터 및 폼 필터는 산화촉매를 포함한 촉매성분들이 코팅될 수 있다. 촉매가 코팅된 DPF는 배기가스가 적정 온도에 도달되면 포집된 입자들을 산화시켜 필터 재생에 조력할 수 있다.

본 고안에 의한 집진장치는 통상의 DPF를 사용하되, 상류지역에 폼 필터를 더욱 장착한 것으로, 폼 필터는 배기가스 유동성을 확보하기 위하여 DPF를 중심으로 나선형 또는 상하 이격 반복적으로 장착된 것이며, 2중 여과에 의하여 1차적으로 애쉬 성분을 포함한 미세입자를 폼 필터로 여과하고, 2차적으로 폼 필터를 통과한 미세입자를 DPF에 의해 여과하는 것이다. 이때, 배기가스 유동성을 확보하고자 1차 여과처리에 사용되는 폼 필터는 나선형 또는 상하 이격 반복 형태로 장착하는 것을 특징으로 한다.

실시예 1

도 1 및 2를 참조하면, 본 고안에 의한 집진장치 (10)는 배기가스 유입구(50)를 가지는 원통형 외부 케이스 (200) 및 이에 내장된 원통형 내부 케이스 (100)로 구성된다. 내부케이스(100)에는 하나 이상의 모노리스필터(110)가 길이방향을 따라 병렬 배치된다. 모노리스필터는 원형 단면의 실린더 혹은 사각형 단면의 직육면체 형상으로 단면은 작은 사각형 모양의 통로(channel)가 벌집모양(honeycomb)으로 배열되어 있다. 모노리스필터 및 폼 필터는 상업적으로 입수 가능한 부품이며 본 고안에서 특별한 가공을 가하지 아니하므로 상세한 설명은 생략된다. 도 2를 참조하면, 4개의 모노리스필터(110)가 병치된 것으로 도시되나 배치되는 모노리스필터 (110) 개수에는 제한이 없다. 내부케이스 (100)는 모노리스필터가 병치를 위한 경로만이 형성되어 모노리스필터 장착 이후 내부케이스(100) 배기가스 진입 단면에는 모노리스 필터에서 제공되는 통로 이외에는 여타 배기가스가 진입할 수 있는 통로 또는 구멍이 형성되지 않는다. 한편, 내부케이스 (100) 하단에는 모노리스필터(110)를 통과한 배기가스가 배출되는 배출통로(300)가 형성되며, 배출통로는 외부케이스(200) 일면을 관통하여 외부로 배출될 수 있다.

한편 원통형 내부케이스 (100) 주변에는 폼 필터(150)가 장착된다. 폼 필터는 내부케이스 주변을 따라 나선형으로 감겨있어, 배기가스 유입구(50)에서 진입된 배기가스는 폼 필터(150)에 의해 형성된 배기가스 진행 경로를 따라 유동된다. 도 1을 참조하면, 폼 필터(150)는 바람직하게는 내부케이스 (100) 하단에서 상단까지 내부케이스 길이방향을 따라 나선형으로 내부케이스를 감도록 설치된다. 상업적으로 입수되는 폼 필터는 필요에 따라 형태를 변경할 수 있는 가공성이 부여되므로, 상기와 같이 내부케이스(100) 길이방향을 따라 내부케이스를 나선형으로 감도록 장착될 수 있다.

또한, 부가적으로 외부케이스 (200) 일면에는 미세입자 취출공간(270)이 설치될 수 있다. 도 1을 참조하면, 폼 필터 (150)가 외부케이스 내면 (250)과 접하는 위치를 따라 하부에 트레이 형태의 취출공간이 형성될 수 있다. 도 1에 의하면 취출공간은 분리벽 (260)에 따라 구분된다. 한편, 모노리스필터 (110) 하류 지점에는 압축공기를 제공할 수 있는 다수개의 송풍단 (410)을 구비한 송풍수단 (400)이 더욱 제공되어 모노리스필터에 축적된 미세입자를 외부로 방출시킬 수 있다. 이때 모노리스필터 (110)와 대향하는 후벽 (240)은 송풍되는 주기에 열리도록 제공된다. 아울러, 배출통로 (300) 일측 및 배기가스 유입구 (50) 일측에 센서 단들을 가지는 배압센서(450)가 더욱 설치될 수 있다. 따라서 압력 차이를 주기적으로 점검하여 필요에 따라 송풍수단 (400)를 작동시켜 모노리스필터에 침착된 미세입자들을 배출시킬 수 있다.

실시예 2

도 3 및 4를 참조하여 제2 실시예를 설명하되, 동일 구성들에 대하여는 반복적인 설명을 생략한다. 본 예에서, 다수개의 폼 필터 (150)는 외부케이스 (200) 내부에 설치되되, 내부케이스 (100)를 감싸고 일단이 배기가스 경로를 형성하도록 상하로 장착된다. 구체적으로, 안장 형태의 폼 필터 (150) 일단은 외부케이스 내면 (250) 일측에 부착되며, 안장 프로파일 내부에는 내부케이스 (100)가 안착되며, 폼 일터 타단은 외부케이스 대향 내면과 이격되도록 설치된다. 이러한 구성을 통하여 유입구 (50)에서 진입된 미세입자를 포함한 배기가스는 도 3에 도시된 화살표 방향을 따라 폼 필터(150)가 형성한 경로를 따라 이동될 수 있다.

이하 실시예 1을 참조하여 본 고안인 집진장치의 작동 과정을 설명한다.

애쉬를 다수 함유한 배기가스는 집진장치 (10) 유입구 (50)를 통하여 진입한다. 진입 직선 경로를 따라 유동하는 배기가스는 나선형 폼 필터 (150)와 충돌된다. 미세입자들은 폼 필터에 여과되어 충돌 지점의 폼 필터를 통과하거나, 폼 필터(150)가 형성하는 경로를 따라 이동하기도 한다. 도 1에는 이러한 배기가스 유동 방향이 화살표로 표기된다. 폼 필터를 통과하면서 외부케이스 하면에 침적된 미세입자는 트레이 형태의 취출공간을 통하여 외부로 취출 될 수 있다. 한편, 외부케이스 공간 끝단까지 이동된 배기가스는 모노리스필터(110)를 통과하여 2차적으로 미세입자는 필터 내부에 포집되고, 미세입자가 제거된 배기가스는 배출통로 (300)를 통하여 외부로 반출된다. 배압센서 (450)는 유입 및 배출 가스 압력 차이를 제공하며, 이에 따라 송풍수단 (400)에 의해 모노리스필터 내부에 누적된 미세입자들은 외부로 방출될 수 있다.

이상으로 본 고안의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 고안의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 예를들면, 본 고안의 실시예는 집진장치를 콤팩트하게 제조하기 위하여 모노리스필터 및 폼 필터의 중첩 구성을 예시하였으나, 설치 공간에 여유가 있는 경우에는 상류에 폼 필터를 설치하고 하류에 모노리스 필터를 장착함에 있어서 중첩됨이 없이 일렬로 장착하여 배기가스가 직선 유동될 수 있는 구조로 설치할 수 있음은 물론이다. 이러한 폼 필터 및 모노리스 필터 장착 배열은 본 고안의 범위에 속하는 것이며, 따라서 본 고안의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

10: 집진장치, 50: 배기가스 유입구, 100: 내부케이스, 110: 모노리스필터,
150: 폼 필터, 200: 외부케이스, 240: 후벽, 250: 외부케이스 내면,
260: 분리벽, 270: 취출공간, 300: 배기가스 배출통로, 400: 송풍수단,
410: 송풍단, 450: 배압센서

Claims

배기가스 유입구(50)를 가지는 원통형 외부 케이스 (200) 및 이에 내장된 원통형 내부 케이스 (100)로 구성되며, 내부케이스(100) 내부에는 하나 이상의 모노리스필터(110)가 길이방향을 따라 병렬 배치되고, 내부케이스 (100) 후단에는 모노리스필터(110)를 통과한 배기가스가 배출되는 배출통로(300)가 형성되며, 원통형 내부케이스 (100) 외주에는 길이방향을 따라 나선형으로 장착된 폼 필터(150)로 이루어진, DPF가 적용된 집진장치 (10).
배기가스 유입구(50)를 가지는 원통형 외부 케이스 (200) 및 이에 내장된 원통형 내부 케이스 (100)로 구성되며, 내부케이스(100) 내부에는 하나 이상의 모노리스필터(110)가 길이방향을 따라 병렬 배치되고, 내부케이스 (100) 후단에는 모노리스필터(110)를 통과한 배기가스 배출되는 배출통로(300)가 형성되며, 원통형 내부케이스 (100)가 안착되도록 안장 형태를 가지며 외부케이스 내면 (250)에 일단이 장착되고 타단은 대향 외부 케이스 내면과 이격되도록 설치되는 폼 필터 (150)로 이루어진, DPF가 적용된 집진장치 (10).
제1항에 있어서, 폼 필터(150)는 내부케이스 외주를 따라 전단에서 하단까지 나선형으로 장착되는 것을 특징으로 하는, DPF가 적용된 집진장치 (10).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외부케이스 (200) 일면에는 미세입자 취출공간(270)이 더욱 설치되는, DPF가 적용된 집진장치 (10).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모노리스필터 (110) 후단 지점에는 압축공기를 제공할 수 있는 다수개의 송풍단 (410)을 구비한 송풍수단 (400)이 더욱 제공되는, DPF가 적용된 집진장치 (10).
제1항 또는 제2항에 있어서, 배출통로 (300) 일측 및 배기가스 유입구 (50) 일측에 감지 단들을 가지는 배압센서(450)가 더욱 설치되는, DPF가 적용된 집진장치 (10).
제1항 또는 제2항에 있어서, 모노리스필터(110) 및 폼 필터 (150)에 촉매가 코팅된 것을 특징으로 하는, DPF가 적용된 집진장치 (10).